(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被撮影箇所近傍に蛍光体を付着させた被写体表面に、パルス状の紫外光を照射する紫外線発光ダイオードの光源と、
露光動作を周期的に繰り返して、１フレーム分ずつ前記被写体表面の画像信号を取得するカメラから同期制御信号を抽出して、前記紫外線発光ダイオードの発光制御に使用する紫外線発光制御信号を生成する同期制御回路を備え、
前記紫外線発光制御信号は、前記露光動作の開始時刻Ｔ１より時間ｔ２だけ前に、前記紫外線発光ダイオードによる紫外光の照射を開始させ、前記露光動作の終了時刻Ｔ２より後に前記紫外光の照射を終了させる制御信号であって、
前記同期制御回路は、前記被写体表面に対する前記紫外光の照射開始後に前記蛍光体の輝度が周辺より高くなったタイミングで前記露光動作が開始されるような、前記時間ｔ２の実測値を記憶して、前記紫外線発光制御信号を生成することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記被写体表面の被撮影箇所とその周辺に、ほぼ均一に蛍光体が付着されていることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
被撮影箇所近傍に蛍光体を付着させた被写体表面に、パルス状の紫外光を照射する紫外線発光ダイオードの光源を配置し、
同期制御回路により、露光動作を周期的に繰り返して１フレーム分ずつ前記被写体表面の画像信号を取得するカメラから同期制御信号を抽出して、前記紫外線発光ダイオードの発光制御に使用する紫外線発光制御信号を生成し、
前記紫外線発光制御信号は、前記露光動作の開始時刻Ｔ１より時間ｔ２だけ前に、前記紫外線発光ダイオードによる紫外光の照射を開始させ、前記露光動作の終了時刻Ｔ２より後に前記紫外光の照射を終了させる制御信号であって、
前記同期制御回路に、前記被写体表面に対する前記紫外光の照射開始後に前記蛍光体の輝度が周辺より高くなったタイミングで前記露光動作が開始されるような、前記時間ｔ２の実測値を記憶させて、前記紫外線発光制御信号を生成させることを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項４】
前記被写体表面の被撮影箇所とその周辺に、ほぼ均一に蛍光体を付着させることを特徴とする請求項３に記載の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として金属表面の亀裂等による傷の検出や分析に適する非破壊検査装置と非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種金属製品の非破壊検査には探傷装置が使用される。その傷の状態を解析するために、探傷場所を撮影して取得した画像データを利用する技術が開発されている（特許文献１参照）。さらに、撮影した画像の品質を高めるために、光源に紫外線発光ダイオードを使用した技術も開発されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５０９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
従来、金属表面の探傷試験のための光源には、特許文献１や特許文献２のように、紫外線蛍光管や紫外線発光ダイオードが使用されていた。紫外線蛍光管は、輝度が高く、十分な光量を確保できる。しかし、紫外線蛍光管は小型化が難しく、割れやすいという問題がある。また、例えば、車両等の大型装置の一部を検査するときには、探傷試験装置を持ち込むことができないので、車両の該当部分を分解して探傷試験装置にセットしなければならない。
【０００４】
紫外線発光ダイオードは、小型軽量化が可能で、機動性に優れている。即ち、自由度が高く、車両等の大型装置に持ち込んで直接検査ができるという利点がある。しかしながら、十分な光量を得るのが難しいという問題がある。また、いずれの場合でも、被撮影箇所近傍に付着させた蛍光体を発光させて、肉眼で観察をするので、外来光の影響を受けると試験対象を観察し難くなる。従って、周囲の照明を消したり暗幕を設置したりするといった準備作業が必要になるという問題があった。
本発明は以上の課題を解決する非破壊検査装置と非破壊検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
被撮影箇所近傍に蛍光体を付着させた被写体表面に、パルス状の紫外光を照射する紫外線発光ダイオードの光源と、露光動作を周期的に繰り返して、１フレーム分ずつ前記被写体表面の画像信号を取得するカメラから同期制御信号を抽出して、前記紫外線発光ダイオードの発光制御に使用する紫外線発光制御信号を生成する同期制御回路を備え、前記紫外線発光制御信号は、前記露光動作の開始時刻Ｔ１より時間ｔ２だけ前に、前記紫外線発光ダイオードによる紫外光の照射を開始させ、前記露光動作の終了時刻Ｔ２より後に前記紫外光の照射を終了させる制御信号であって、前記同期制御回路は、前記被写体表面に対する前記紫外光の照射開始後に前記蛍光体の輝度が周辺より高くなったタイミングで前記露光動作が開始されるような、前記時間ｔ２の実測値を記憶して、前記紫外線発光制御信号を生成することを特徴とする非破壊検査装置。
【０００６】
紫外線発光ダイオードの光源を用いてパルス状の紫外光を照射するので、強力な紫外光を照射できる。被写体表面に対する紫外光照射開始後であって前記蛍光体の輝度が周辺より高くなったときから必要な所定時間だけ露光させるので、被写体が鮮明に発光したタイミングで撮影ができる。また、紫外光照射終了開始以前に露光を終了させるので、必要な画像データ取得後の外乱光の妨害を受けない。
【０００７】
〈構成２〉
上記被写体表面の被撮影箇所とその周辺に、ほぼ均一に蛍光体が付着されていることを特徴とする構成１に記載の非破壊検査装置。
【０００８】
被写体表面の被撮影箇所とその周辺にほぼ均一に蛍光体が付着されているので、被写体の主要部を明瞭に撮影できる。
【００１５】
〈構成３〉
被撮影箇所近傍に蛍光体を付着させた被写体表面に、パルス状の紫外光を照射する紫外線発光ダイオードの光源を配置し、同期制御回路により、露光動作を周期的に繰り返して１フレーム分ずつ前記被写体表面の画像信号を取得するカメラから同期制御信号を抽出して、前記紫外線発光ダイオードの発光制御に使用する紫外線発光制御信号を生成し、前記紫外線発光制御信号は、前記露光動作の開始時刻Ｔ１より時間ｔ２だけ前に、前記紫外線発光ダイオードによる紫外光の照射を開始させ、前記露光動作の終了時刻Ｔ２より後に前記紫外光の照射を終了させる制御信号であって、前記同期制御回路に、前記被写体表面に対する前記紫外光の照射開始後に前記蛍光体の輝度が周辺より高くなったタイミングで前記露光動作が開始されるような、前記時間ｔ２の実測値を記憶させて、前記紫外線発光制御信号を生成させることを特徴とする非破壊検査方法。
【００１６】
〈構成４〉
上記被写体表面の被撮影箇所とその周辺に、ほぼ均一に蛍光体を付着させることを特徴とする構成６に記載の非破壊検査方法。
【発明の効果】
【００２０】
（１）紫外線発光ダイオードによりパルス状の紫外光を照射するので、高いエネルギ密度の紫外光を発生できる。
（２）被撮影箇所近傍に付着させた蛍光体を発光させて、最大輝度を呈したときの所定時間だけ被撮影箇所を撮影するので、外来光等の影響が少ない。従って、暗幕等の準備無しで、周囲が比較的明るい場所でも明瞭に対象物の探傷検査ができる。
（３）紫外線発光ダイオードをバッテリ等の携帯電源で駆動したときは、小型軽量化が可能で機動性に優れた装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の非破壊検査装置１０の概略構成図である。
非破壊検査装置１０は、紫外線発光ダイオード１４を使用した光源１５とカメラ１６と電源１８と同期制御回路２０とを備える。被写体１２の被撮影箇所近傍に蛍光体２２を付着させる。光源１５で被写体１２の表面にパルス状の紫外光を照射する。なお、以下の実施例では図示しない電磁石等により渦電流を発生させて、蛍光体２２を被写体１２表面の傷等に万遍なく浸透させる。カメラ１６はビデオカメラである。カメラ１６で撮影して取得されたビデオ信号はビデオモニタ３０に転送される。
【００２３】
図２は本発明の非破壊検査装置１０の回路ブロック図である。図３は被写体１２の表面付近の横断面図である。
カメラ１６は、紫外線を遮断する紫外線フィルタ３６や光学レンズ３８を通じて被写体１２の光像を受け入れる。カメラ１６には、例えば、ＣＣＤデバイスを使用する。図３のように、被写体１２の表面の被撮影箇所とその近傍に、ほぼ均一に蛍光体２２が付着されている。被撮影箇所に傷があれば、蛍光体２２は、その傷の内部にも進入する。光源１５から紫外光が照射されると蛍光体２２が発光して、被撮影箇所全体を発光させ、明瞭な画像の撮影を可能にする。カメラ１６のＣＣＤは紫外線領域もある程度感度があるので紫外線フィルタ３６を使用して紫外線領域をカットすることにより蛍光体発光がより鮮明になる。
【００２４】
図４は上記のカメラによる露光制御タイミングチャートである。
カメラ１６は、時刻Ｔ１〜Ｔ２の間図示しないシャッタを開いて露光制御する。シャッタは、時刻Ｔ１〜Ｔ２の間だけ、光学レンズ３８を通じて被写体１２の光像を受け入れる制御をする。シャッタはＣＣＤデバイスへの入力光を物理的に遮断する液晶シャッタのようなものでもよいし、ＣＣＤデバイスの実効的な露光時間を電気的に制御する制御回路でもよい。この露光制御信号５１のパルス幅は時間ｔ１である。
【００２５】
カメラ１６は、上記の露光動作を周期的に繰り返して、１フレーム分ずつ被写体の画像信号を取得する。ビデオ信号はこの画像信号を所定の周期で連続的に出力する信号である。カメラは、ビデオ信号のフレーム転送制御のために同期制御信号５２を使用する。同期制御回路２０は、ビデオ信号から、この同期制御信号５２を抽出して、紫外線ＬＥＤの発光制御に使用するトリガータイミング信号５３を生成する。一般のスチールカメラではシャッタとの同期に、複雑な制御回路が必要になる。ビデオカメラでは、ビデオ信号から同期制御信号５２を自動的に抽出できるので、カメラ側に何の手を加えることなく同期制御が容易にできるという効果がある。
【００２６】
トリガータイミング信号５３は、同期制御信号５２の立ち下がりのタイミング（時刻Ｔ４）で立ち上がり、単位時間だけハイレベルになるパルス信号である。なお、この実施例で説明する各パルス信号の極性は、回路の設計に応じて任意に選定できる。
【００２７】
同期制御回路２０は、トリガータイミング信号５３をｔ４時間遅延させて、遅延トリガー信号５４を生成する。この遅延トリガー信号５４の立ち上がり時刻Ｔ０は、カメラの露光開始時刻Ｔ１より時間ｔ２だけ前になるように設定されている。紫外線発光制御信号５５は、遅延トリガー信号５４の立ち上がりのタイミング（時刻Ｔ０）で立ち上がり、時間幅ｔ３を有するパルス信号である。紫外線発光制御信号５５は露光制御信号５１の立ち上がり時刻Ｔ２以後に立ち下がる。紫外線発光制御信号５５がハイレベルの間、紫外線ＬＥＤを発光させるための電力が供給される。この制御により、紫外線ＬＥＤの発光する時間は露光時間より長めになり、ｔ１＜ｔ３となる。蛍光体発光強度５６は、図のように変化する。蛍光体が発光しても、周辺のほうが明るいと、明瞭な撮影はできない。破線Ｋは周辺の明るさのレベルを示す。蛍光体の輝度が周辺より高くなると、被写体の像が明瞭に浮かび上がる。このタイミングで露光を開始し、その後撮影に必要な所定時間だけ、露光するとよい。この露光時間は、ＣＣＤデバイスの感度や紫外線ＬＥＤの発光強度に応じて選定すればよい。実測をして経験値を算出し、制御回路に記憶させるとこのタイミングで制御できる。
【００２８】
図５は、紫外線発光ダイオード１４の発光時間と蛍光体の発光強度の変化を示す説明図である。
上記の紫外線発光ダイオード１４を発光させる時間Ｇは、１００μ秒以上３ｍ秒以下であることが好ましい。発光時間Ｇが１００μ秒に満たないと、紫外線発光ダイオード１４を発光させるために十分な電気エネルギを供給できない。一方、発光時間Ｇが３ｍ秒を越えると、紫外線発光ダイオード１４の特性上、低輝度で発光させなければならず、蛍光体を高輝度で発光させることができない。また、カメラの露光時間も長くなりその分外来光の影響も受けやすくなる。流す電流を制御する時間があまり長くなると連続点灯と変わらなくなる。ストロボ的な発光での有意義性が失われない程度のパルス幅で発光させることが好ましい。
【００２９】
図５のように、紫外線発光ダイオード１４を発光させるための電気エネルギ供給量には限界がある。図５（ａ）に示すように、発光時間が短ければ高輝度で発光させることができる。このときは、蛍光体は高輝度で発光する。図５（ｂ）に示すように、長時間発光させるときは、輝度を下げなければならない。このときは、蛍光体の発光輝度が低くなってしまう。以上のような問題に対処するため紫外線発光時間Ｇは、１００μ秒以上３ｍ秒以下とする。
【００３０】
図６はフィルタの効果説明図である。
紫外線発光ダイオードから発射された紫外線は、被写体１２を照射する。蛍光体２２はこの紫外線を吸収して強く光を発する。カメラ１６はこの可視光を撮影する。従って、撮影画像に影響を与えることがある紫外線の入射を排除する。また、同時に外来光による可視光も被写体から反射される。しかし、上記のように、蛍光体が周辺より明るく発光しているときだけ露光をするように制御するので、被写体の鮮明な撮影に必要な光のみをカメラ側に入力させることができる。
【実施例２】
【００３１】
図７は、非破壊検査作業全体の作業手順のフローチャートである。
これは、非破壊検査を行う担当者の作業手順を示している。まず、ステップＳ１１で、検査対象の設置準備をする。例えば、被写体表面を清浄処理し、撮影環境を整える。次に、ステップＳ１２で、検査対象に蛍光体を散布する。さらに、ステップＳ１３で渦電流の発生処理をする。これにより、被写体の被撮影箇所近傍に、その傷の内部に至るまで、蛍光体が付着する。即ち、図３に示した状態になる。
【００３２】
ステップＳ１４で、図１に示したような装置により、被写体に紫外線を照射する。ステップＳ１５では、カメラにより被写体を撮影をする。このステップＳ１４と１５の動作は、次の図８で詳細に説明する。ステップＳ１６で、ビデオモニタの監視をする。そして、ステップＳ１７で、撮影された画像の評価をする。ステップＳ１８で最適画像が取得できたかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは作業を終了する。ノーのときはステップＳ１４の処理に戻り、被写体のカメラによる撮影を繰り返す。
【００３３】
図８は、本発明の非破壊検査装置の動作フローチャートである。
この処理は、非破壊検査装置の内部で自動的に実行される。まず、ステップＳ２１で、非破壊検査装置の電源がオンされる。ステップＳ２２では、カメラ１６が動作を開始して、ビデオモニタ３０にビデオ信号を出力する。この信号を同期制御回路２０側にも送り込む。ステップＳ２３では、同期制御回路２０が同期制御信号５２を抽出する。ステップＳ２４では、同期制御回路２０がトリガータイミング信号５３を生成する。次に同期制御回路２０は、ステップＳ２５でトリガータイミング信号５３を設定時間だけ遅延して、ステップＳ２６で遅延トリガー信号５４を生成する。さらに、ステップＳ２７で紫外線発光制御信号５５を生成する。
【００３４】
同期制御回路２０はこの信号を光源１５に供給して、ステップＳ２８で紫外線発光ダイオード１４を駆動する。ステップＳ２９では、カメラ１６が、図４に示すタイミングで露光動作して、画像信号を取得する。カメラ１６は、ステップＳ３０で、撮影したビデオ信号をビデオモニタ３０に転送する。ステップＳ３１では、装置の電源がＯＦＦされたかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは処理を終了し、ノーのときはステップＳ２２の処理にもどって、再びステップＳ２２〜Ｓ３０の動作を繰り返す。
【００３５】
以上のようにして、紫外線発光ダイオード１４の発光動作とカメラ１６の露光動作が同期しているので、渦電流処理により傷口に染み入った蛍光体が発光し、最適のタイミングで被写体の画像が撮影できる。カメラ１６は金属面の傷口から出た可視光を撮影するが、同時に紫外光も金属面より反射して出てくる。そこで、紫外線を遮断するフィルターを使用した。また、蛍光体が有効に発光している時間以外で露光をすると、無用な外来光の入射比率が高まり、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪くなる。このために、カメラは最小限必要な時間だけ露光する。こうして、最適の探傷ができる。通常、このような探傷検査は蛍光塗料の紫外線に対する振る舞いを考慮して、暗幕等を用いて暗くして行う。太陽光が入り込むような明るい屋外の場所では可視光などの外来光が大きすぎて蛍光部分の明かりが見え難くなる。
【００３６】
連続点灯している光源で対象物を照射し、これをカメラで撮影すると、コントラストが悪くなる。明るい場所で撮影してもコントラストが悪くなる。本発明の装置では、発光ダイオードを短時間強く発光させて蛍光体に大きな光エネルギーを供給し、蛍光体が最大輝度に発光したときに撮影をするので、コントラストが非常によい。カメラを用いて撮影をする対象は蛍光体であるから、カメラに対して周りから余分な光が差し込むのを防止できる。屋外の場合直射日光で１０万ルックス程度になる。日の当たる場所では１万ルックス程度になる。しかし、日陰や曇りの状態では明るさが１０分の一以下に弱まる。本発明では直射日光を避けて日陰にする程度で十分Ｓ／Ｎ比の良い撮影ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の非破壊検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の非破壊検査装置の回路ブロック図である。
【図３】被写体の表面付近の横断面図である。
【図４】カメラによる露光制御タイミングチャートである。
【図５】紫外線発光ダイオード１４の発光時間と蛍光体の発光強度の変化を示す説明図である。
【図６】フィルタの効果説明図である。
【図７】非破壊検査作業全体の作業手順のフローチャートである。
【図８】本発明の非破壊検査装置の動作フローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  非破壊検査装置
１２  被写体
１４  紫外線発光ダイオード
１５  光源
１６  カメラ
１８  電源
２０  同期制御回路
２２  蛍光体
２４  光学系
２６  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８  バッテリ
３０  ビデオモニタ
３６  紫外線フィルタ
３８  レンズ
５１  露光制御信号
５２  同期制御信号
５３  トリガータイミング信号
５４  遅延トリガー信号
５５  紫外線発光制御信号
５６  蛍光体発光強度
【図１】
0005230282.tif 000002
【図２】
0005230282.tif 000003
【図３】
0005230282.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005230282.tif 000006
【図６】
0005230282.tif 000007
【図７】
0005230282.tif 000008
【図８】
0005230282.tif 000009